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XBM25装载机齿轮、齿圈失效分析
白元强
沈 卫 崔
华 燕金城
(北京科技大学材料学院，100083)
摘
要：应用化学分析、硬度检毅及金相分析等方法对XBM25装载机齿轮、齿圈的失效原因进行了综合分析。齿圈与齿轮联接跳动值大，两者处于不完全啮合状态，严重过载是造成其失效的主要原因。除齿顶外，被测齿圈硬度不足也导致齿轮、齿圈在短期内失效。
关健词：失效；金相分析；过载
某单位购买的几台XBM25装载机均在使用不到三个月内，由于发电机与变压器之间联接用的齿轮、齿圈早期磨损严重以至最终失效。本文对其失效原因进行了综合分析。
1
试验方法
首先分析齿轮、齿圈的化学成分;再从失效齿轮、齿圈的齿部垂直切割截取样品，沿齿廓从硬化层、过渡层到心部分别测量其洛氏硬度和布氏硬度;最后制成金相样品，经4%硝酸酒精腐蚀后用金相方法对其硬化层、过渡层及心部组织进行观察和分析。
2
试脸结果与分析
2.1
宏观形貌
从被检齿轮、齿圈的磨损情况看，两者的接触面约占齿面的三分之二，大约三分之一的专廓没有啮合上。由于柴油机飞轮孔与齿圈定位止口的跳动量较大(0.4～0.6mm)，齿圈固定在飞轮上，故齿圈与齿轮联接跳动值大，在高速传递动力时，造成齿间相对交变滑移，齿轮、齿圈没有全齿啮合，这样真实接触面上必然承受很大压力，导致齿轮严重过载，在干磨状态下产生齿面早期磨损。提高飞轮孔与齿圈安装定位止口的同轴度，调整齿圈跳动量并在齿间涂润滑脂以消除干摩擦，可以解决上述问题。
2.2
化学成分分析
首先在英国剑桥S-250扫描电子显微镜下，对齿轮和齿圈进行半定量的成分分析，以此确定材料中可能存在的合金元素，结果表明材料中含有少量的锰、铬、硅等合金元素。随后又用化学成分分析方法分析了上述元素及碳元素在材料中的百分含量，分析结果见表l。
经比对，齿轮、齿圈用钢为45号碳素钢，符合装载机齿轮、齿圈工作条件下常用钢钢种的选择标准。
2.3
硬度分布
表2给出了在HR-150D洛氏硬度计和布氏硬度计上检测的齿轮和齿圈的齿顶、心部和表面感应淬火层硬度。齿轮和齿圈的心部布氏硬度分别为248和217。齿轮的齿部全部硬化，齿顶平均洛氏硬度为45.6，齿部硬化层平均洛氏硬度达到47.2。在齿沟处也有平均洛氏硬度42.6、平均厚度为2mm的淬硬层。
3
金相组织
齿轮、齿圈的心部组织均为网状铁素体加珠光体，局部出现了少量魏氏组织，见图1。齿轮表面淬火层组织为均匀分布的针状马氏体组织，如图2所示。过渡层为马氏体加块状铁素体加围绕着铁素体的黑色屈氏体。而齿圈只在齿顶处有很薄的一层淬火马氏体。图3是齿圈的过渡层组织。由于45钢淬透性较差，齿圈尺寸又较大，在深层加热时，过渡层中出现了象征冷却不足的屈氏体组织，铁素体被大f的屈氏体包围，这种组织的硬度是较低的，其耐磨性下降。
图1
齿圈心部组织 图2
齿轮表面感应淬火组织 图3
齿圈的过渡层组织
4
结论
(1)
齿圈与齿轮联接跳动值大，两者处于不完全啮合状态，齿轮、齿圈严重过载导致其早期磨损失效。
(2)
齿圈除齿顶硬化外，过渡层为铁素体加屈氏体组织，导致齿圈硬度不足，耐磨性下降。
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